1. Runde 2006 (verjährt)

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Aufgabe 1: Licht und Schatten

Die verschiedenen abiotischen Einflussfaktoren der Photosynthese-Reaktionen können experimentell untersucht werden.

a) Angenommen, Sie erhalten ein Blatt, von dem zuvor ein Teil durch aufgeklebte Aluminiumfolie während einer zweitägigen Belichtung der Pflanze völlig im Dunkeln blieb. Wie können Sie experimentell die abgedunkelten Bereiche bestimmen? Erläutern Sie Ihre Strategie und überprüfen Sie in einem Versuch mit Protokoll Ihre Hypothese. (Beachten Sie die Sicherheitsvorschriften in Absprache mit Ihrem Lehrer.) Legen Sie das Ergebnis bei.

b) In einem Experiment wurde die Temperaturabhängigkeit der Kohlenstoffdioxidaufnahme von C3-Pflanzen unter Lichteinwirkung untersucht. Skizzieren Sie in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen der Temperatur (5-35 oC) und (I) der Anzahl der aus der Atmosphäre aufgenommenen CO2-Moleküle sowie (II) der Anzahl der in den Calvinzyklus eingeschleusten CO2-Moleküle. Begründen Sie den Kurvenverlauf.

c) Gibt man isolierten, aufgebrochenen Chloroplasten in einer speziellen Salzlösung Dichlorophenolindophenol (DCPIP) zu, so verschwindet die entstandene Blaufärbung bei ausreichender Lichteinwirkung nach kurzer Zeit, während Sauerstoff freigesetzt wird. Erklären Sie die Ursache des Farbumschlags der Lösung unter Einbeziehung der Formeln und Farben der jeweiligen Form des DCPIPs.

Aufgabe 2: Gute Nachbarn?

Viele Hormonrezeptoren sind integrale Membranproteine. Durch die Bindung eines Hormons an den extrazellulären Bereich des Rezeptors wird eine Konformationsänderung hervorgerufen. Als Ergebnis dieser Konformationsänderung kommt es zur Dimerisierung von zwei benachbarten Rezeptormolekülen, welche zur Aktivierung der intrazellulären Bereiche des Rezeptors führt.

Aufgabe 2

a) Im Folgenden ist ein Ausschnitt der Aminosäuresequenz des Rezeptors dargestellt. Dieser enthält den Membranbereich, der in Form einer a-Helix vorliegt.

Arg-Asp-Ile-Phe-Val-Ile-Gly-Leu-Leu-Ala-Phe-Leu-Val-Trp-Leu-Ile-Phe-Phe-Val-Gly-Ile-Leu-Trp-Phe-Ala-Glu-Ser

Geben Sie den Abschnitt der Sequenz an, der den Membranbereich des Rezeptors darstellt und begründen Sie Ihre Entscheidung.

b) Die Regionen der beiden Rezeptoren, die bei der Dimerisierung in Wechselwirkung treten, sind in der unteren Abbildung dargestellt:

Aufgabe 2

Diese Wechselwirkungen spielen bei der Dimerisierung der Rezeptoren eine wichtige Rolle. Deshalb können Aminosäuresubstitutionen, die durch Mutationen verursacht werden, einen großen Einfluss auf die Dimerisierung haben. Geben Sie an, welchen Einfluss die folgenden Substitutionen auf die Dimerisierung haben könnten und begründen Sie.

(1) Asp21 ? Arg (2) Ser32 ? Thr (3) Phe46 ? Asn (4) Val81 ? Ile

c) Die Substitution der Aminosäure Cys18 durch Gly führt zu einer permanenten Dimerisierung, unabhängig von der Anwesenheit des Hormons. Erläutern Sie diesen Effekt.

Aufgabe 3: Auf den Punkt gebracht.

Zwei E. coli-Stämme können aufgrund von Mutationen keine Lactose verwerten. Bei Stamm 1 ist dies auf eine Punktmutation, die zum Austausch eines essentiellen Argininrestes (AGG ? ACG, Arg ? Thr) führt und bei Stamm 2 auf eine Rasterverschiebungsmutation zurückzuführen.

Beide Stämme werden jeweils auf drei Petrischalen mit Lactose als einziger Energiequelle ausplattiert (109 Bakterien pro Petrischale): Petrischale 1 enthält ferner Bromuracil, Petrischale 2 Ethidiumbromid und Petrischale 3 enthält als Kontrolle neben dem Medium keine weiteren Chemikalien. Nach 24 h Inkubation wird die Anzahl der Kolonien pro Petrischale gezählt:

Ansatz< Stamm 1 Stamm 2
Petrischale 1 (Bromuracil) 597 3
Petrischale 2 (Ethidiumbromid) 27 48
Petrischale 3 (Kontrolle) 25 2

Am 1. Juni 2005 wurde bemerkt, dass sich in die versendeten, gedruckten Aufgabenblätter ein Druckfehler in der Tabelle eingeschlichen hat. In der Zeile 3 "Petrischale 2 (Ethidiumbromid)" muss es wie hier angegeben in der zweiten Spalte richtig "27" heißen, nicht wie dort gedruckt. Trotz dieses Druckfehlers in den versendeten Aufgabenblättern bleibt die Aufgabe lösbar. Die herunterladbare pdf-Datei des farbigen Aufgabenbogens auf dieser Seite wurde inzwischen entsprechend korrigiert.

a) Begründen Sie das Auftreten von Kolonien in Petrischale 3.

b) Beschreiben Sie die Wirkungsweise von Bromuracil bzw. Ethidiumbromid, die sich aus dem beschriebenen Experiment ableiten lässt.

c) Erklären Sie den Unterschied für die Kolonienanzahl zwischen Stamm 1 und Stamm 2 in der Kontrollpetrischale.

d) Berechnen Sie die natürliche Punktmutationsrate pro Nukleotid für das betroffene Gen.

Aufgabe 4: übung macht den Meister!

Neben dem Beherrschen der Technik ist für Erfolge im sportlichen Wettbewerb eine ausreichende Kondition notwendig, die durch regelmäßiges und durchdachtes Training schrittweise aufgebaut werden kann.

a) Nennen Sie drei Kriterien körperlicher Leistungsfähigkeit, die man unter Kondition versteht.

b) Der gesunde Organismus kann sich durch Regelmechanismen auf eine höhere Belastung einstellen. Das Diagramm zeigt die änderung der Leistungsfähigkeit für eine isolierte Trainingseinheit.

Aufgabe 4

Demonstrieren Sie anhand zweier Diagramme die Auswirkung langer Trainingspausen, indem Sie den gesamten Leistungszuwachs nach drei bzw. fünf Trainingseinheiten (analog zur Abb.) in gleicher Zeit vergleichen. Leiten Sie daraus die Konsequenz zu langer Trainingspausen ab.

c) Die Bestzeit eines Skilangläufers auf seiner Trainingsrunde von 10 km liegt bei 30 Minuten. Berechnen Sie die Zeit, in der er diese Runde zurücklegen müsste, wenn er mit hoher Intensität von 95 % bzw. mit niedrigerer Intensität von 70 % trainieren möchte? Vergleichen Sie den Erfolg beider Trainingsvarianten hinsichtlich der Geschwindigkeit und der Stabilität seines Leistungszuwachses.

d) Bei Hochleistungssportlern wird regelmäßig der Lactat-Test durchgeführt. Begründen Sie die Eignung dieses Tests zur Einschätzung des Trainingszustands von Ausdauersportlern. Erklären Sie die zu erwartende Veränderung der Lactat-Werte nach längerem Training und deren physiologische Ursachen.